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Magne tventil Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem von
einer Magnetspule umgebenen, rohrförmigen, in axialer Richtung durchströmbaren Ventilgehäuse,
das an seinem unteren Ende einen Ventilsitz aufweist, und mit einem innerhalb des
Ventilgehijuses in Achsialrichtung desselben beweglichen, mit einer korrosionsfesten
Umkleidung versehenen Magnetankerkörper, der einen Ventilkörper tragt.
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Derartige Ventile werden dann verwendet, wenn es darum geht, zum
genauen Dosieren bzw. Porionieren einer insbesondere zähflilssigen Flüssigkeit das
Strömen der Fltissigkeit in einem genau definierten Augenblick plötzlich abzustoppen,
wobei ein Nachtropfen der Flüssigkeit vermieden werden soll.
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Bei einem bekannten Magnetventil dieser Art (vergl. Patentschrift
33 o53 des ostzonalen Amtes ftir Erfindungs- und Patentwesen) sind um das rohrförmige
Ventilgehäuse ein Elektromagnet und ein Dauermagnet angeordnet. Diese Magnete beeinflussen
einen stromlinienförmigen, den Ventilkörper bildenden Magnetkern, an dessen Außenseite
sioh axial verlaufende nutenförmige Kanäle befinden. Zum Öffnen des Ventiles wird
an den das Ventilgehäuse umgebenden Elektromagneten Strom ungelegt,,woduroh ein
Magnetfeld erzeugt wird, dessen Stärke ausreicht, den Ventikrper nach oben in Anlage
stellung gegen einen Dichtring zu bewegen, wobei die Flüssigkeitsströmung infolge
der nutenförmigen Känale im Ventilkörper möglich ist. Der Nachteil diese bekannten
Ventiles ist darin zu sehen, daß mit ihm nur eine definierte Öffnungsstellung mit
maximalem Durchflußquerschnitt möglich ist, wodurch eine Grobdosierung der durch
das Ventil
strömenden zähflüssigen Fltlssigkeit möglich ist, während
eine Feindosierung bei einer Öffnungsstellung mit vermindertem Durch laßquerschnitt
nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Ventiles besteht auch
darin, daß der stromlinienförmige, den Ventilkörper bildende Magnetkern eine verhältnismäßig
hohe Masse hat, da, um den Spalt zwischen Magnetkern und Spulenkörper nicht zu groß
werden zu lassen, der Magnetkern einen verhältnismäßig großen Querschnitt haben
muß. Ein weiterer Nachteil des bekannten Ventiles besteht darin, daß der Ventilkörper
in Öffnungsstellung gegen den am oberen Ende des Ventilgehäuses angeordneten Dichtring
anliegt, was sowohl hinsichtlich der freien Beweglichkeit des Ventilkörpers (Festkleben
am oberen Dichtring) als auch bezüglich eines Verschmutzens des Ventilkörpers nachteilig
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil zu schaffen,
welches nicht mit den Nachteilen des bekannten Ventils behaftet ist, wobei es insbesondere
darum geht, das Ventil auch als Zweistufenventil, und zwar einmal für eine Grobdosierung
und zum zweiten für eine Feindosierung, verwenden zu können. Das Ventil soll weiterhin
so gestaltet sein, daß der im Ventilgehäuse bewegliche Magnetankerkörper nur einen
verhältnis mäßig kleinen Teil des Innenquerschnitts diese5 Ventilgehäuses einnimmt,
ohne daß dadurch irgendwelche Nachteile bezüglich der Wirkung und Übertragung der
magnetischen Kraft infolge Spaltver lusten oder dergleichen eintreten.
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Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist das erfindungsgemäße
Magnetventil gekennzeichnet durch eine zweite, das Ventilgehäuse umgebende Magnetspule,
die so von der ersten Magnetspule in axialer Richtung im Abstand liegt, daß durch
sie eine zweite definierte Öffnungsstellung des Ventils bestimmt wird. Die Anordnung
Lann vorteilhafterweise so getrof ien sein, daß durch die erste Magnetspule die
fnungsstellung mit maximalem Durchflußquerschnitt und duroh die zweite Magnete spule
eine Öffnungsstellung mit demgegentiber vermindertem Durch flußquerschnitt bestimmt
wird. Das Ventil iet auf diese Weise
vorteilhafter Weise als Zweistufenventil
für die Grobabfüllung bzw Grobdosierimg und die Feindosierung verwendbar.
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Die Ansteuerung z.B. der zweiten Magnetspule kann von Hand oder vorteilhafterweise
Weber eine Waage mit Kontakte inrichtung erfolgen, und zwar in dem Augenblick, in
dem die Waage anzeigt, daß das Gewicht der abzufüllenden bzw. zu dosierenden Flüssigkeitsmenge
nahezu erreicht ist. Die Ansteuerung der zweiten, fur die Feindosierung zustCndigen
Magnetspule kann in Abhängigkeit von der zu dosierenden Fltissigkeit mehr oder weniger
lange vor Erreichen des Sollgewichtes erfolgen.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ventile besteht darin,
daß es trotz seiner Verwendungsmöglichkeit als Zweistufenventil nur einen einzigen
beweglichen Körper, d.h. den den Ventilkörper tragenden Magnetankerkörper, aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausftihrungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Magnetankerkörper zwei in axialer Richtung im Abstand voneinander liegende
Einzelanker aufweist, die durch ein nichtleitendes Distanzsttick voneinander getrennt
sind, wobei jeder der beiden Einzelanker jeweils einer der beiden Magnetspulen zugeordnet
ist. Wenn an die obere Spule Strom angelegt wird, d.h. wenn die obere Spule ein
Kraftfeld erzeugt, dann wird von diesem Kraftfeld der obere Einzelanker beeinflußt,
so daß der gesamte Magnetankerkörper nach oben gerissen wird und das Ventil sich
bffnet, wobei das Medium durch einen maximalen Durchflußquerschnitt hindurchströmen
kann (Grobdosierung). Wenn das Sollgewicht der abzuftillenden Menge nahezu erreicht
ist, wird in der unteren Spule ein Kraftfeld erzeugt, so daß der Magnetankerkörper
mit dem Ventilkörper unter der Wirkung des zweiten unteren Einzelankers nach unten
fällt und in diesem zweiten Kraftfeld gehalten wird; in dieser Stellung ist der
freie Durch flußquerschnitt veningert, so daß eine Feindosierung möglich ist. Wenn
das endgültige Gewicht erreicht ist, wird der Magnetankerkörper ganz freigegeben
und fällt unter der Wirkung seines
Gewichtes und der ihn von oben
beeinfluseenden Flüssigkeitsströmung nach unten.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprtichen behandelt.
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Die Erfindung wird immfolgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen,
in der eine mögliche Ausführungsform der Erfindungin beispielhafter Weise dargestellt
ist, näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen
Magnetventils in Geschlossenstellung desselben, Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan
zur Betätigung des Ventils.
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Das Ventil setzt sich im wesentlichen aus folgenden drei Hauptteilen
zusammen, nämlich 1. dem VentilgehEuse, 2. dem in dem Ventilgehäuse in axialer Richtung
beweglichen, den Ventilkörper tragenden Magnetankerkörper und 3. der Magnetepuleneinrichtung.
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Das Ventilgehäuse wird im wesentlichen durch ein Rohrstück 1 aus
korrosionsbeständigem Material gebildet und trägt die Magnetspulenanordnung. Am
oberen Ende des Rohrettickes 1 ist flüssigkeitsdicht ein Rohranschlußstück 2 befestigt,
das mit Innen- und Außengewinde versehen ist. Der Außendurchmesser des Rohranschlußstückes
2 ist gleich dem Außendurchmesser des Rohrstückes 1. Am unteren Ende des Rohrstückes
1 ist flüssigkeitsdicht eine das Rohrstück 1 umhüllende HUlse 3 befestigt, in die
ein den Ventilsitz bildender Auslaufkörper 5 eingeschraubt ist.
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Auf das Rchrsttick 1 ist von oben her ein Spulentopf 5 aufgeschoben,
der unter Zwischenlegung einer O-Ringdiohtung 6 gegen die Hülse 3 anliegt. Auf das
Rohrstück 1 und in den Spulentopf 5 hinein sind zwei Magnetspulen 7 und 8 geschoben,
die mittels eines nichtleitenden Dietaniringes 9 in geeignetem Abstand voneinander
gehalten sind, wobei zwischen den Distanzring 9 und
den jeweils
angrenzenden Stirnseiten der Magnetspule 8 Ringscheiben 10 und 11 aus Eisen zwischengelegt
sind. Der Spulentopf 5 ist an seinem oberen Ende mit einem Deckel 12 abgedeckt.
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Durch das Abdecken der Magnetspulen 7, 8 mit den Eisenplatten wird
in vorteilhafter Weise eine Streuung der magnetischen Kräfte verhindert, so daß
die Kraftlinien sich nach innen konzentrieren, da sie nach außen hin, bedingt durch
den als Kurzschlußbtigel wirkenden Spulentopf wie ein U-Magnet wirken.
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Im Anschluß an den Deckel 12 ist auf das Rohrsttick 1 unter Zwischenlage
einer O-Ringdichtung 14 ein Sttitzrohr 13 aufgeschoben, das durch einen auf das
Rohranschlußstück 2 aufgeschraubten Gewindering 15 oder dergleichen festgehalten
wird; durch den Gewindering 15 wird gleichzeitig die gesamte Anordnung zusammengehalten,
d.h. insbesondere die Spulenanordnung.
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Der Gewindering 2 und der Auslaufkörper 4 sind an ihrer Außenseite
mit nicht dargestellten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen oder dergleichen
zum Einsetzen eines Gewindeschltlssels versehen. Um das gesamte Ventil spritzwasserdicht
zu gestalten, sind weitere Dichtungen in Form von O-Ringen 16 und 17 zwischen dem
Gewindering 15 und dem Stützrohr 13 bzw.
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dem Auslaufkörper 4 und der Hülse 3 angeordnet.
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An der Außenseite des Spulentopfes 9 ist vorzugsweise eine nicht
dargestellte Ansohlußdose oder dergleichen angeordnot, über die der Ansohluß der
Magnetspulen 7, 8 an eine Strom quelle erfolgt.
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Der innerhalb des Rohrsttiokes bzw. Ventilgehäuses 1 in axialer Richtung
bewegliche Magnetankerkörper weist als Hauptelemente zwei Rohranker 18, 19 aus Eisen
bzw. Weicheisen auf; diese Rohranker werden durch eine Distanzhülse 20 aus Messing
im Abstandvonelnander halten. Die Rohranker 18, 19 und die Distanzhülse 20 sind
beidseitig mit Rohrinänteln 21, 22 aus korrosionsbeständigem
Material
abgedeckt; diese Mäntel 21, 22 ragen an beiden Enden tiber die einander entgegengesetzt
liegenden Stirnseiten der Rohranker 18 bzw. 19 hinaus, wobei die tiberstehenden
Enden zur Aufnahme bzw. Halterung von flAssigkeitsdicht befestigten, ringförmigen
Abschlußstücken 23, 24 aus korrosionsbe standigem Material dienen.
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Zur Befestigung des Ventilkörpers 25 an dem Magnetankerkörper ist
eine konzentrisch durch den Magnetankerkörper hindurchgeftihrte Haltestange 26 vorgesehen,
die entweder einstückig mit dem Ventilkörper 25 ausgebildet sein oder (nicht dargestellt)
durch Verschrauben an dem Ventilkörper 25 befestigt sein kann.
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Die Haltestange 26 ist in.ihrem unteren und oberen Bereich mit Bohrungen
versehen, die zur Aufnahme von Haltebtlzen 27, 28 dienen, deren Enden in den Abschlußstücken
23 bzw. 24 gelagert sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Ventilkörper 25
praktisoh mittels Speichenkreuz oder dergleichen an dem Magnetankerkörper befestigt
ist.
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Der Ventilkörper 25 erweitert sich konisch nach unten und trägt an
seinem unteren Ende eine Dichtung 27, die bei geschlos senem Ventil gegen die konisch
sich verjüngende Ventilsitzfläche 28 im Auslaufkörper 4 gepreßt wird, Die Dichtung
27 wird mittelt eines in den Ventilkörper 25 eingeschraubten Ansatzstückes bzw.
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Regulierkörpers 29 an dem Ventilkörper 25 festgehalRon. Der Regulierkörper
29 besteht im wesentlichen aus einem mittleren Zylinderkörper 32, an den sich nach
oben der in den Ventilkörper 25 einschraubbare Gewindesohaft 30 und nach unten ein
sich nach unten verjtingender Kegelstumpf anschließt.
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Zwisohen dem Zylinderkörper 32 und der Zylinderbohrung 33 des Auslaufkörpers
4 ist ein Ringraum freigelassen.
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Bei geöffneter, d.h. vom Ventilsitz 28 abgehobenen Venteilkörper
25 strömt das zu dosierende bzw. zu verwiegende Medium in Richtung des Pfeils A
in das Ventilgehäuse ein und verläßt
es in Richtung des Pfeils B.
Sänitliche Organe, die innerhalb des Ventils mit dem strömenden Medium in Beruhrung
kommen, bestehen aus korrosionsbeständigem Material, wobei die einzelnen Elemente
derart gestaltet sind, daß plötzliche Strömungsrichtungsänderungen des strömenden
Mediums vermieden werden.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventils ist wie folgt: Bei
geschlossenem Ventil wird der Ventilkörper 25 bzw.
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die Dichtung 27 unter der Wirkung des Eigengewichtes des beweglichen
Elementes und unter der Wirkung des Drucks des das bewegliche Teil von oben beaufschlagenden
Mediums gegen den Ventilsitz 28 gedrückt. Wenn zum Öffnen des Ventils an die obere
Ventilspule 8 Strom angelegt wird, wird von dieser oberen Magnetspule ein Kraftfeld
erzeugt, welches direkt auf den Rohranker 19 einwirkt und den Magnetankerkörper
zusammen mit dem Verschlußkörper 25 nach oben reißt, und zwar in eine erste Öffnungsstellung
des Ventile, in der der Regulierkörper 29 vollständig die Zylinderbohrung bzw. Auslaufbohrung
33 des Auslaufkörpers 4 verlassen hat. Die verschiedenen Abmessungen der das Ventil
bildenden Einzelteile sind dabei so getroffen, daß vorzugsweise in dieser Stellung
ein maximaler Strömungsquerschnitt freigegeben wird, so daß das Medium durch die
volle Öffnung austreten kann (Grobdosierung).
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Wird nun in der unteren Spule 7 ein Kraftfeld erzeugt, welches auf
den unteren Rohranker 18 einwirkt, so fällt der Magnetankerkörper nach unten und
wird in diesem Kraftfeld gehalten. In dieser Stellung befindet sich der Zylinderkörper
32 des Regulierkörpers 29 innerhalb der Auslaufbohrung 33, wodurch der Durchströmungsquerschnitt
vermindert wird, was eine Verringerung des durch das Ventil hindurohstrdmenden Mediums
zur Folge hat (Feindosierung).
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Durch Austauschen des Regulierkörpers 29 kann in vorteilhafter Weise
eine Feindosierungestufe fUr jedes abzufüllende
Medium im einzelnen
bestimmt werden, d.h. für dickflüssige Medien wird vorzugsweise ein kleinerer Regulierkörper
und ftir dtinnere Medien ein größerer Regulierkörper benutzt.
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Der Zweistufeneffekt des Ventils kann durch ein sohaltplanmäßig in
Fig. 2 dargestelltes Vorschaltgerät bestimmt werden, das Steuerimpulse von einer
nicht dargestellten Waage empfangen kann, die zum Abbiegen des durch das Ventil
strömenden Mediums dient.
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Das in Fig. 2 dargestellte Vorschaltgerät dient sowohl zur Regelung
der Speisung der Magnetspule 8 als auch der Mangetspule 7. Es besteht Jedoch auch
die Möglichkeit, anstelle eines einzigen Vorschaitgerätes ftir beide Spulen zwei
getrennte Vorschaltgeräte zu verwenden, deren Wirkungsweise dann im we sentlichen
identisch ist. Die Spulen 7 und 8 werden mit Gleichstrom gespeist, wobei dieser
Gleichstrom vorzugsweise über den Dioden-Brückengleichrichter 33 rzeugt wird, wenn
das Vorschaltgerät mit Wechselstrom gespeist wird. Dem Gleichrichter 33 ist ein
regelbarer Widerstand 34 nachgeschaltet, an den sich parallel geschaltete Elektrolyt-Iondensatoren
35 anschließen, die als Energie speicher dienen. Zwischen den Kondensatoren 35 und
den innerhalb des Spulenkopfes 5 liegenden Magnetspulen 7, 8 sind Steuerschütze
36, 37 angeordnet.
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Die Wirkungsweise des Vorschaltgerätes ist wie folgt: Schließt man
den Eingangsschalter 38, so beginnt ein Wechselstrom zu fließen, der in dem Gleichrichter
33 zu Gleichstrom umgewandelt wird. Über den Widerstand 34 gelangt der Gleichstrom
zu den Kondensatoren 35, die sich aufladen. Mit dem regelbaren Widerstand 34 besteht
die Möglichkeit, die Kondensatoren schnell oder langsam aufzuladen, wobei die Einregulierung
des Widerstandes 34 im wesentlichen von der Kraft abhängig ist, die erforderlich
ist, um den einmal in die Offenstellung hochgehobenen, den Ventilkörper tragenden
Magnetankerkörper in dieser Offenstellung bzw. in einer Schwebe stellung zu halten.
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Der Widerstand 34 dient weiterhin zur Verhinderung der tberlastung
der Kondensatoren bzw. der Spulen.
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Durch Drucktaster besteht nun die Möglichkeit, den Steuerschützen
36 oder den Stuerschützen 37 anzusprechen. Betätigt man beispielsweise den Taster
39 ("Grobdosierung"), so wird der Stromkreis der Steuerschützspule geschlossen.
Der Schutz 36 zieht an und gellt nun ihrer eine Schließergruppe in Selbsthaltung.
Der Kondensatorenstrom wird über weitere Schließergruppen zur Spule 8 durchgeschaltet.
Das Ventil öffnet sich und geht in die maxiiale Öffnungsstellung. Drückt man anschließend
den Taster 40 (Feindosierung"), so zieht der Steuerschütz 37 an und lßt den Steuerschützen
36 über seinen Öffnungskontakt abfallen.
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Diese beiden Steuerschtitze 36,37 sind elektrisch gegeneinander verriegelt.
Soll das Ventil geschlossen werden, so betätigt man den "Halt"-Taster 41. Durch
die Betätigung dieses Tastere 41 wird die Haltespannung unterbrochen, so daß der
jeweils einem schaltete Schutz abfällt und in seine Ruhestellung zurückgeht.
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Ebenso wird die Spannung zu den Ventilspulen 7, 8 unterbrochen.
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Die Kondensatorenspannung bleibt in Dauerbetrieb eingeschaltet, da
ansonsten beim Abschalten des Schalters 38 die Anzugsenergis ftir den neuen Start
nicht vorhanden wäre und das Ventil sich nicht öffnen würde.
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Sobald die Kondensatoren 35 aufgeladen sind, wird der Steuerschütz
36 tiber einen Taster geschlossen, worduch die gesamte gespeicherte Energie an die
Spule 7 angelegt wird. Auf diese Weise wird nach Schließen des Sohtitzes 36 durch
die Spule 7 ein sehr starkes Magnetfeld aufgebaut, welches ausreicht, den Magnetankerkörper
zusammen mit dem Ventilkörper aus seiner Schließstellung entgegen dem durch die
Flüsssigkeit ausgeübten statischen Druck und entgegen der Steuerkraft nach oben
zu bewegen, wodurch das Ventil geöffnet wird. Das starke Magnetfeld baut sich nach
Entladen der Kondensatoren 35 sofort wieder ab, wobei ein kleineres Magnetfeld übrigbleibt,
dessen Größe durch die Einstellung des regelbaren Widerstandes 34 bestimmt ist:
der Spule 7 wird während der Zeit, in der der Ventilkörper sich
während
der Grobdosierung in der Öffnungs- bzw. Schwebestellung befindet, nur noch soviel
Strom zugeftihrt, wie notwendig ist, um den Ventilkörper in dieser Schwebe stellung
zu halten. Sobald von der (nicht dargestellten) Waage registriert ist, daß das Sollgewicht
der zu dosierenden bzw. abzuwiegenden Flüssigkeit nahezu erreicht ist, wird von
dieser Waage ein Steuerimpuls abgegeben, durch den der Schültz 36 wieder abfällt
und der Schütz 37 geschlossen wird, wodurch, wie bereits oben erwähnt, der Magnetankerkörper
zusammen mit dem Ventilkörper nach unten fällt, und zwar in eine Ventilstellung,
in der praktisch eine Feindosierung möglich ist, d.h. in der nur verhältnismäßig
wenig Flüssigkeit durch das Ventil hindurchströmt. Wenn das Ventil insgesamt geschlossen
werden soll, wird die Stromzufuhr (Selbsthalte spannung) durch Drucken des Tasters
"Halt" 41 unterbrochen, sa daß der Schtitz 37 abfällt und die Spannung am Ventil
völlig zusammenbricht, der Ventilkörper nach unten fällt, und , wie bereits erläutert,
gegen den Ventilsitz gepreßt wird.
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Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das bewegliche Ventilteil
in keinem Augenblick gegen das obere Rohranschlußstück 2 zur Anlage kommt, so daß
zuverlässig verhindert wird, daß der bewegliche Teil unter Umständen an dem Rohranschlußstück
2, wenn auch nur kurzzeitig, festkleben kann.